力學實驗中?？嫉膫€問題

力學實驗中?？嫉膫€問題第1頁/共73頁一、誤差和有效數(shù)字1．誤差誤差產(chǎn)生原因大小特點減小方法系統(tǒng)誤差實驗儀器不精確、實驗原理不完善、實驗方法粗略總是偏大或偏小更新儀器完善實驗原理偶然誤差測量、讀數(shù)不準確忽大忽小畫圖象或取平均值第2頁/共73頁2.有效數(shù)字 從數(shù)字左邊第一個不為零的數(shù)字算起，如0.0125為三位有效數(shù)字．第3頁/共73頁二、測量性實驗1．包括：用游標卡尺和螺旋測微器測量長度，練習使用打點計時器．2．(1)游標卡尺的讀數(shù)方法：d＝主尺讀數(shù)(mm)＋精度×游標尺上對齊刻線數(shù)值(mm)． (2)螺旋測微器的讀數(shù)方法：

測量值＝固定刻度＋可動刻度×0.01mm＋估讀值．

注意要估讀到0.001mm.第4頁/共73頁圖5－10－1第5頁/共73頁三、驗證性實驗1．包括：驗證力的平行四邊形定則、驗證牛頓運動定律、驗證機械能守恒定律．2．驗證性實驗的兩種方法 (1)對于現(xiàn)象直觀明顯或者只需討論的驗證性實驗問題，常常通過觀察分析進行證實； (2)對有測量數(shù)值且實驗要求根據(jù)數(shù)據(jù)分析驗證結(jié)果的，一般要進行分析歸納，通過作圖、計算、測量進行比較驗證．第6頁/共73頁四、探究性實驗1．包括：探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系，探究動能定理．2．探究性實驗與驗證性實驗的區(qū)別

探究性實驗，在實驗前并不知道滿足什么規(guī)律，所以在坐標紙中描點后所做的曲線是試探性的，只有在分析了點的分布和走向以后才決定用直線來擬合這些點．而驗證性實驗，在坐標紙上描點后所作圖線的根據(jù)就是所驗證的規(guī)律.第7頁/共73頁?？紗栴}一測量性實驗(游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù))第8頁/共73頁第9頁/共73頁2．游標卡尺的讀數(shù)游標尺(mm)精度(mm)測量結(jié)果(游標尺上第n條刻度線與主尺上的某刻度線對齊時)(mm)刻度格數(shù)刻度總長度每小格與1毫米差1090.10.1主尺上讀的毫米數(shù)＋0.1n20190.050.05主尺上讀的毫米數(shù)＋0.05n50490.020.02主尺上讀的毫米數(shù)＋0.02n第10頁/共73頁3.螺旋測微器的讀數(shù) 測量值＝固定刻度整毫米數(shù)＋半毫米數(shù)＋可動刻度讀數(shù)(含估讀)×0.01mm.4．關(guān)于估讀問題：游標卡尺不需要估讀；毫米刻度尺、螺旋測微器需要估讀．第11頁/共73頁【典例1】

(2012·新課標全國卷，22)某同學利用螺旋測微器測量一金屬板的厚度．該螺旋測微器校零時的示數(shù)如圖5－10－2(a)所示，測量金屬板厚度時的示數(shù)如圖(b)所示．圖(a)所示讀數(shù)為________mm，圖(b)所示讀數(shù)為________mm，所測金屬板的厚度為________mm.圖5－10－2第12頁/共73頁解析題圖(a)的讀數(shù)為1.0×0.01mm＝0.010mm.題圖(b)的讀數(shù)為6.5mm＋37.0×0.01mm＝6.870mm，故金屬板的厚度d＝6.870mm－0.010mm＝6.860mm.答案0.010

6.870

6.860第13頁/共73頁【典例2】

[2013·山東卷，21(1)]圖5－10－3甲為一游標卡尺的結(jié)構(gòu)示意圖，當測量一鋼筆帽的內(nèi)徑時，應(yīng)該用游標卡尺的________(填“A”“B”或“C”)進行測量；示數(shù)如圖乙所示，該鋼筆帽的內(nèi)徑為________mm.圖5－10－3第14頁/共73頁解析游標卡尺測量鋼筆帽的內(nèi)徑時，使用內(nèi)測腳，故填“A”，該游標卡尺的最小分度為0.05mm，游標尺的第6個刻度線與主尺上的某刻線對齊，所以讀數(shù)為11mm＋0.05mm×6＝11.30mm.答案A

11.30(11.25或11.35)第15頁/共73頁【預測1】

圖5－10－4甲中游標卡尺的讀數(shù)是________cm，圖乙中螺旋測微器的讀數(shù)是______mm.圖5－10－4

答案2.98

5.680(5.679～5.681均對)第16頁/共73頁【預測2】

某同學在測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻率ρ時： (1)用游標卡尺為20分度的卡尺測量其長度如圖5－10－5甲所示，由圖可知其長度為________cm；圖5－10－5 (2)用螺旋測微器測量其直徑如圖乙所示，由圖可知其直徑為________mm.第17頁/共73頁解析(1)從題圖甲可以看出，主尺讀數(shù)為50mm，游標尺的第3條刻度線和主尺上的一刻度線對齊，則讀數(shù)應(yīng)為50mm＋0.05×3mm＝50.15mm＝5.015cm；(2)由題圖乙可以看出，螺旋測微器的固定刻度為4.5mm，可動刻度讀出刻度為20.0(或20.1)×0.01mm＝0.200mm(或0.201mm)，故圓柱體的直徑為4.5mm＋0.200mm(或0.201mm)＝4.700mm(或4.701mm)．答案(1)5.015

(2)4.700(或4.701)第18頁/共73頁?？紗栴}二驗證性實驗命題特點 新課標全國考試說明要求的力學驗證性實驗有“驗證力的平行四邊形定則”、“驗證牛頓第二定律”和“驗證機械能守恒定律”，考查重點是實驗器材選擇，完成實驗步驟填空和分析實驗數(shù)據(jù)．第19頁/共73頁應(yīng)考必備 理解實驗原理，弄清楚要驗證的內(nèi)容．“驗證力的平行四邊形定則”就是驗證兩拉力依據(jù)平行四邊形定則作出的合力與同兩力有同樣效果的一個力是否相等，進而理解為什么兩次結(jié)點O的位置不變，為什么要記錄彈簧測力計示數(shù)大小與細繩套方向． “驗證牛頓第二定律”就是測量物體受的合外力、物體的質(zhì)量和加速度，驗證合外力與質(zhì)量、加速度的乘積是否相同．那么，合外力如何測量？質(zhì)量和加速度又如何測量？要用到哪些工具？第20頁/共73頁“驗證機械能守恒定律”就是讓物體自由下落，測出物體下落的高度和物體的速度，計算出物體重力勢能的減少量與動能增加量，看二者是否相等．怎樣測量高度和速度？用到哪些工具？操作中有哪些注意事項？為什么ΔEp總略大于ΔEk?第21頁/共73頁【典例3】

現(xiàn)要通過實驗驗證機械能守恒定律．實驗裝置如圖5－10－6所示：水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌；導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連；遮光片兩條長邊與導軌垂直；導軌上的B點有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t.圖5－10－6第22頁/共73頁用d表示A點到導軌底端C點的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，x表示A、B兩點間的距離，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點時的瞬時速度．用g表示重力加速度．完成下列填空和作圖：第23頁/共73頁第24頁/共73頁(2)多次改變光電門的位置，每次均令滑塊自同一點(A點)下滑，測量相應(yīng)的x與t值．結(jié)果如下表所示：第25頁/共73頁圖5－10－7第26頁/共73頁第27頁/共73頁第28頁/共73頁(2)描點及作直線見圖．第29頁/共73頁第30頁/共73頁【預測3】

(1)某實驗小組用如圖5－10－8所示的裝置驗證“力的平行四邊形定則”．將彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛一重物M.彈簧測力計B的掛鉤處系一細線，把細線的另一端系在A下端細線上的O點．手持B水平向左拉，使O點緩慢地向左移動，保持B的拉力方向不變．不計彈簧測力計重力，拉力不超出量程，則A、B的示數(shù)FA、FB的變化情況是________．第31頁/共73頁圖5－10－8第32頁/共73頁A．FA、FB均變大，其合力大小和方向都不變B．FA、FB均變大，其合力大小和方向都改變C．FA變大，F(xiàn)B變小，其合力大小不變，方向改變D．FA、FB的合力大小改變，方向不變第33頁/共73頁(2)另一實驗小組的甲、乙、丙三位同學做此實驗，所用彈簧測力計的量程為0～5N，他們都把橡皮條的一端固定在木板上的A點，橡皮條的另一端通過細繩連接彈簧測力計，用兩個彈簧測力計把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點，此時細繩都與平板平行，用F1和F2表示拉力的方向和大?。淄瑢WF1和F2的方向互相垂直，F(xiàn)1＝3.0N、F2＝3.8N；乙同學F1和F2方向間的夾角約為30°，F(xiàn)1＝F2＝4.0N；丙同學F1和F2方向間的夾角約為120°，F(xiàn)1＝F2＝4.0N．這三位同學中操作不合適的是________．(填“甲”、“乙”或“丙”)第34頁/共73頁解析(1)當O點緩慢地向左移動時，合力大小和方向都不變，利用圖解法可以判斷FA、FB均變大，選項A正確．(2)因為乙的兩個力的合力超過了測力計刻度的最大值5N，再用一個彈簧測力計拉時超出其量程．答案(1)A

(2)乙第35頁/共73頁【預測4】

為了用實驗“驗證牛頓第二定律”，現(xiàn)提供如圖5－10－9所示的實驗裝置．請回答下列問題：圖5－10－9第36頁/共73頁(1)為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響應(yīng)采取的做法是________；A．將木板不帶滑輪的一端適當墊高，使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運動B．將木板帶滑輪的一端適當墊高，使小車在鉤碼拉動下恰好做勻速運動C．將木板不帶滑輪的一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動D．將木板不帶滑輪的一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車能夠靜止在木板上第37頁/共73頁(2)在實驗中，得到一條打點的紙帶，如圖5－10－10所示，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，則小車加速度的表示式為a＝________；圖5－10－10第38頁/共73頁(3)有一組同學保持小車及車中的砝碼質(zhì)量一定，研究加速度a與所受外力F的關(guān)系，他們在軌道水平和傾斜兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a－F圖線，如圖5－10－11所示．圖線________是在軌道傾斜情況下得到的(選填“①”或“②”)；小車及車中的砝碼總質(zhì)量m＝________kg.圖5－10－11第39頁/共73頁解析(1)為平衡滑動摩擦力，應(yīng)使小車重力沿斜面的分力與滑動摩擦力相等，此時不能連接鉤碼，所以選C.(2)計算加速度可由逐差法得到三個加速度再取平均值，此時誤差較?。?3)軌道傾斜太大，即使沒有鉤碼拉小車也將加速下滑，因此圖線①為軌道傾斜情況下得到的．由圖線可得mgsinθ－Ff＝ma0，F(xiàn)1＋mgsinθ－Ff＝ma1，可得質(zhì)量為0.5kg.第40頁/共73頁?？紗栴}三探究性實驗命題特點 新課標全國考試說明要求的力學探究性實驗有：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(也可以為“驗證牛頓第二定律”)，探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系和探究功與物體速度變化的關(guān)系．近四年新課標全國卷沒有對這幾個實驗進行考查，但自主命題省份高考題中多次出現(xiàn)，如2011年浙江卷21題考查“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗，2012年廣東卷34(2)題考查“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”實驗，2013新課標全國卷Ⅱ22題考查“探究彈性勢能”． 考查的重點是實驗器材選擇、實驗注意事項和用作圖法處理數(shù)據(jù)．第41頁/共73頁應(yīng)考必備 探究性實驗的重點不是為了求得某個物理量的值，而在于它的探索性．“研究勻變速直線運動”重點是學會使用打點計時器，學會研究分析紙帶的方法．“探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系”重點是學會用列表法、圖象法分析實驗數(shù)據(jù)，探索物理量間的關(guān)系．“探究功和物體速度變化的關(guān)系”重點掌握本實驗的原理，如功的計算，紙帶測量位置的選擇，學會對實驗數(shù)據(jù)的研究分析方法，分析W－v，W－v2，W－v3的關(guān)系，最終確定W與v2成正比．第42頁/共73頁【典例4】

(2013·新課標全國卷Ⅱ，22)某同學利用下述裝置對輕質(zhì)彈簧的彈性勢能進行探究，一輕質(zhì)彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一小球接觸而不固連．彈簧處于原長時，小球恰好在桌面邊緣，如圖5－10－12所示．向左推小球，使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放，小球離開桌面后落到水平地面．通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能．圖5－10－12第43頁/共73頁回答下列問題：(1)本實驗中可認為，彈簧被壓縮后的彈性勢能Ep與小球拋出時的動能Ek相等．已知重力加速度大小為g.為求得Ek，至少需要測量下列物理量中的________(填正確答案標號)．A．小球的質(zhì)量mB．小球拋出點到落地點的水平距離sC．桌面到地面的高度hD．彈簧的壓縮量ΔxE．彈簧原長l0第44頁/共73頁(2)用所選取的測量量和已知量表示Ek，得Ek＝____________________________________________________.(3)圖5－10－13中的直線是實驗測量得到的s－Δx圖線．從理論上可推出，如果h不變．m增加，s－Δx圖線的斜率會________(填“增大”、“減小”或“不變”)：如果m不變，h增加，s－Δx圖線的斜率會________(填“增大”、“減小”或“不變”)．由圖中給出的直線關(guān)系和Ek的表達式可知，Ep與Δx的__________次方成正比．圖5－10－13第45頁/共73頁第46頁/共73頁第47頁/共73頁【預測5】

某組同學在做探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系，采用了如圖5－10－14裝置，小車和車中砝碼的總質(zhì)量用M表示，砂和砂桶的總質(zhì)量用m表示．圖5－10－14第48頁/共73頁(1)現(xiàn)有下列器材：電火花計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、砂桶、砂子、細線、秒表、導線、砝碼、刻度尺．其中不需要的器材是________，還需要的器材是________．第49頁/共73頁(2)在做實驗過程中，以下做法正確的是________．A．平衡摩擦力時，應(yīng)把砂桶用細線通過定滑輪系于小車上B．砂和砂桶質(zhì)量m一定時，改變小車(含砝碼)質(zhì)量M，都需重新平衡摩擦力C．實驗中，要求砂和砂桶質(zhì)量m遠小于小車(含砝碼)質(zhì)量MD．在探究外力一定，加速度與質(zhì)量關(guān)系時，應(yīng)該改變砂桶與砂的質(zhì)量m第50頁/共73頁解析(1)根據(jù)該實驗的原理和所給實驗器材可知不需要的器材是秒表，還需要的器材是天平(測量小車和車中砝碼的總質(zhì)量、砂和砂桶的總質(zhì)量)．(2)平衡摩擦力時不應(yīng)把砂桶用細線通過定滑輪系于小車上，且只要不改變長木板的傾角都不需要重新平衡摩擦力，故A、B選項錯誤；對系統(tǒng)而言，根據(jù)牛頓第二定律可得，(m＋M)a＝mg，當M?m時，對小車(含砝碼)才有Ma＝mg，故C選項正確；根據(jù)控制變量法可知，當探究外力一定，加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，應(yīng)改變小車(含砝碼)的質(zhì)量，而不是改變砂和砂桶的質(zhì)量，故D選項錯誤．答案(1)秒表天平(2)C第51頁/共73頁圖5－10－15第52頁/共73頁同學們設(shè)計了以下表格來記錄實驗數(shù)據(jù)，其中L1、L2、L3、L4……代表物體分別從不同初始位置處無初速釋放時初始位置到速度傳感器的距離，v1、v2、v3、v4……表示物體每次通過Q點的速度．實驗次數(shù)1234……LL1L2L3L4……vv1v2v3v4……第53頁/共73頁他們根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制了如圖乙所示的L－v圖象，并得出結(jié)論W∝v2.他們的做法是否合適，你有什么好的建議？______________________________________________________(2)在此實驗中，木板與物體間摩擦力的大小________(填“會”或“不會”)影響探究結(jié)果．第54頁/共73頁解析(1)采用表格方法記錄數(shù)據(jù)．繪制的L－v圖象是曲線，不能得出結(jié)論W∝v2.為了更直觀地看出L和v的變化關(guān)系，應(yīng)該繪制L－v2圖象．(2)重力和摩擦力的總功W也與距離L成正比，因此不會影響探究的結(jié)果．答案(1)不合適，應(yīng)進一步繪制L－v2圖象(2)不會第55頁/共73頁?？紗栴}四創(chuàng)新拓展型實驗命題特點 近幾年高考中力學創(chuàng)新型實驗的命題幾率明顯增加，2011年新課標全國卷中運用光電門研究勻變速直線運動，2012年海南卷、浙江卷、山東卷和江蘇卷力學實驗均為創(chuàng)新型實驗．有的是全新的實驗，有的是課本實驗的創(chuàng)新改造，試題的特點是一般都給定實驗方案和實驗器材，要求學生 (1)補全該實驗的操作過程及所需要測量的物理量． (2)處理實驗數(shù)據(jù)．第56頁/共73頁應(yīng)考必備

(1)要完成好創(chuàng)新拓展實驗，必須掌握基本儀器的使用方法、基本的實驗方法和基本物理原理． (2)實驗過程的研究應(yīng)以減小實驗誤差和不造成錯誤為主要依據(jù)．應(yīng)在明確實驗原理的基礎(chǔ)上進行實驗數(shù)據(jù)處理，往往需要先根據(jù)物理規(guī)律推導出物理量間的關(guān)系式，通過圖象與函數(shù)處理數(shù)據(jù)．第57頁/共73頁【典例5】

(2013·江蘇卷，11)某興趣小組利用自由落體運動測定重力加速度，實驗裝置如圖5－10－16所示．傾斜的球槽中放有若干個小鐵球，閉合開關(guān)K，電磁鐵吸住第1個小球．手動敲擊彈性金屬片M，M與觸頭瞬間分開，第1個小球開始下落，M迅速恢復，電磁鐵又吸住第2個小球．當?shù)?個小球撞擊M時，M與觸頭分開，第2個小球開始下落…….這樣，就可測出多個小球下落的總時間．第58頁/共73頁圖5－10－16第59頁/共73頁(1)在實驗中，下列做法正確的有________．A．電路中的電源只能選用交流電源B．實驗前應(yīng)將M調(diào)整到電磁鐵的正下方C．用直尺測量電磁鐵下端到M的豎直距離作為小球下落的高度D．手動敲擊M的同時按下秒表開始計時第60頁/共73頁(2)實驗測得小球下落的高度H＝1.980m,10個小球下落的總時間T＝6.5s．可求出重力加速度g＝________m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)在不增加實驗器材的情況下，請?zhí)岢鰷p小實驗誤差的兩個辦法．(4)某同學考慮到電磁鐵在每次斷電后需要時間Δt磁性才消失，因此，每個小球的實際下落時間與它的測量時間相差Δt，這導致實驗誤差．為此，他分別取高度H1和H2，測量n個小球下落的總時間T1和T2.他是否可以利用這兩組數(shù)據(jù)消除Δt對實驗結(jié)果的影響？請推導說明．第61頁/共73頁第62頁/共73頁第63頁/共73頁【預測7】

某學習小組利用自行車的運動“探究阻力做功與速度變化的關(guān)系”．人騎自行車在平直的路面上運動，當人停止蹬車后，由于受到阻力作用，自行車的速度會逐漸減小至零，如圖5－10－17所示．在此過程中，阻力做功使自行車的速度發(fā)生變化．設(shè)